ACE在皮肤组织损伤修复与再生中作用的研究

ACE在皮肤组织损伤修复与再生中作用的研究

血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme, ACE)是肾素-血管紧张素

系统(renin-angiotensin system, RAS)激活过程中的关键性限速酶之一,可催化血管

紧张素Ⅰ水解生成RAS最重要的活性产物血管紧张素Ⅱ。ACE也可使具有扩张

血管反应的缓激肽生成苯丙-精二肽,还可直接作用于肾上腺皮质促进醛固酮分

泌。近年来发现ACE除了降解血管紧张素I和缓激肽外,还能降解其它产物如:β-

内啡肽、P物质、Ac-SDPK等。同时,ACE和中性内肽酶(neutral endopeptidase,NEP)

作为终止皮肤神经-内分泌介质作用的关键酶可调控皮肤细胞的存活、创伤愈合

和组织再生。本文主要阐述近年来有关ACE及其底物在皮肤组织损伤修复与再

生中作用的相关研究。

Abstract: Angiotensin-converting enzyme (ACE) is a key component of

renin-angiotensin system (RAS).It converts angiotensin I (Ang I) into angiotensin II

(Ang II), a pluripotent signaling contrast to renin, another key enzyme of

RAS, ACE is more promiscuous in its substrate ensin I and

bradykinin are well-known physiological substrates, whereas ACE also cleaves

substance P,AcSDKP,β-endorphins,and several other s because of this

variety of substrates,ACE affects many physiological processes including blood

pressure, hematopoiesis,and ly,a large number of studies have revealed

that ACE is involved in skin appears to be a critical regulator in

controlling cutaneous inflammatory response,as well as affecting pigmentation,cell

survival and tissue ng evidence has suggested that ACE plays a

role in the context of stem cell review mainly summarized the

evidences for the potential role of angiotensin-converting enzyme in wound repair and

regeneration.

Key words: angiotensin-converting enzyme;wound healing;bradykinin;substance

P;endorphins

1ACE简介

血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme, ACE)是由Leonard T.

Skeggs于1954 年从马血浆中首先发现的一种含锌的金属肽酶[1],又名激肽酶Ⅱ,

系统命名为肽酰二肽水解酶(EC, 3-4-15-1)。此酶能催化血管紧张素Ⅰ

(angiotensin,Ang I)水解去掉羧基端二肽生成具有血管收缩作用的血管紧张素Ⅱ

(angiotensin II,Ang II)。ACE在人体广泛分布,通常以三种形式存在,是一个基因的

不同剪接产物。异构体Ⅰ在组织中普遍存在,称为体细胞 ACE(somatic

ACE,sACE);异构体Ⅱ和异构体Ⅲ表达于睾丸组织和成熟的精子细胞中,称为睾丸

ACE(testic ACE,tACE)。

ACE是肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system,RAS)的关键酶,通过

内分泌、自分泌及旁分泌在全身和局部发挥作用,主要作用于Ang I的羧基末端,

脱去组氨酰亮氨酸,生成具有八肽的Ang II。ACE同时又是激肽酶Ⅱ,可以促进缓

激肽的降解,主要降解缓激肽羧基末端的苯丙氨酰精氨酸,使之失去活性,抑制缓

激肽引起的血管扩张作用。

2ACE的其它相关底物

ACE是一种细胞外酶,可以将十肽的Ang I降解为八肽的Ang II。传统的观

念认为ACE水解主要为Ang I和缓激肽的C末端的二肽,是一种二肽羧基肽酶,

而近期的研究对ACE的特异性有了新的认识[1]:①ACE能水解酰胺化肽如P物

质和K物质;②以P物质、脱精氨酸缓激肽(des-Arg9-BK)和促性腺激素释放激素

(LH-RH)为底物时,ACE具有三肽羧基肽酶的活性;③以封闭N末端的LH-RH为

底物时,ACE呈现三肽氨基肽酶活性。因此ACE具有多种活性底物,可以降解多

种底物,如降解P物质、缓激肽(BK)、内啡肽、缩胆囊素、Ac-SDKP

(N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline)、神经降压肽等[2],并非传统的认为仅作用于

Ang I。

3ACE与皮肤损伤修复及再生

ACE是RAS激活过程中的关键性限速酶,已被发现存在于表皮的角质形成细

胞的胞膜[3-4]。ACE抑制剂已被作为一线抗高血压药物,广泛应用于心血管疾病

的治疗,然而各种ACE抑制剂50%的副反应发生在皮肤。已有报道ACE抑制剂

可导致毛囊干细胞功能障碍和脱发,ACE可通过调节与创伤修复有关物质的浓度

来影响皮肤的损伤修复与再生[5]。ACE和中性内肽酶(neutral endopeptidase,NEP)

作为终止皮肤神经-内分泌介质作用的关键酶可调控皮肤细胞的存活、创伤愈合

和组织再生[6]。在创伤的角质形成细胞单层中,ACE mRNA的表达迅速增加,在创

伤后第三个月,仍能在人的瘢痕组织中发现ACE mRNA表达持续增加[7]。许多研

究表明,ACE的上调会影响纤维化的重塑过程。这一点在心血管系统的病理改变

中已经得到证实。为了解ACE与皮肤纤维化疾病如增生性瘢痕、瘢痕疙瘩形成

的关系,Morihara等分别选取了10例正常皮肤伤后愈合的标本、14例增生性瘢痕

或瘢痕疙瘩标本,以及正常皮肤组织标本15例进行对比性研究。采用高压液相色

谱仪检测各标本中的ACE的活性,用免疫组化法定位组织中的ACE。研究表明,

病理性瘢痕组织中的ACE活性明显高于正常皮肤组织,也高于正常愈合的皮肤组

织。提示:ACE的上调,不仅影响心血管的纤维化,而且也影响皮肤病理性瘢痕的形

成。

在人胚胎皮肤已经发现ACE在皮肤表皮分化形成过程中发挥着重要作用,

现已证明[2]在人类11周龄的胚胎中,尽管此时的表皮仅有两三个细胞层,但发现

表皮中已有ACE的表达,ACE可以促进人类胚胎表皮成熟过程中的细胞有丝分

裂。而在成熟的人类表皮中,ACE仅表达于表皮的基底细胞层,可能与基底细胞层

的表皮细胞的不断更新有关。

尽管ACE在皮肤组织自我更新及皮肤损伤修复中的分子机制尚不清楚,但这

些研究提示:在人的皮肤组织表达ACE,其在皮肤组织自我更新、损伤修复与再生

过程中发挥着重要的作用。

4ACE的相关底物及其在皮肤损伤修复与再生中的作用

4.1 Ang II在皮肤损伤修复中的作用:Ang II是ACE的最主要的催化产物,也

是RAS中最重要的活性产物。业已证明,皮肤是Ang II的靶器官之一,Ang II在诸

多层面参与皮肤组织的自我更新和损伤修复。这部分内容笔者已在有关文献[8]

中详述。

4.2 ACE的其它相关底物及其在皮肤损伤修复与再生中的作用:近年来发现

ACE除了能够降解Ang I外,还能作用于缓激肽(BK) 、P物质,Ac-SDKP、内啡肽、

β-淀粉样蛋白、神经降压肽等[9],可能通过调节这些重要活性物质的含量而在皮

肤组织损伤修复中发挥作用。

4.2.1 缓激肽:缓激肽(bradykinin, BK)是一种九肽物。ACE可以降解BK成无

活性的片段,主要作用于BK C-末端的两个二肽而失活,ACE降解BK的作用甚至

比降解Ang I更为容易,Ng和Vane发现BK在肺内的灭活和将Ang I转化为Ang

II的酶是同一种酶,即ACE的作用[1]。

BK具有强大的舒血管作用,能够刺激内皮产生一氧化氮,前列环素等舒血管

物质。组织损伤时会释放BK,产生炎性痛和痛敏。BK降解产生的脱精氨酸

BK(des-Arg9-BK)刺激初级传入神经元,并致痛敏。BK作为皮肤中一种重要的炎

症介质,当皮肤受到伤害性刺激时,它可以被激活或提高皮肤中伤害性刺激受体的

敏感性。Mayer等[10]的研究发现在皮肤受到伤害时,皮肤中的BK系统被环氧化

物酶激活,刺激皮肤合成和释放PGE2,从而参与皮肤的损伤过程。另外,在大鼠皮

肤组织中已经证实BK和组胺相互作用参与皮肤的瘙痒等异常感觉的形成[11]。

ACE和NEP在BK的降解中有着非常重要的作用。Ryan在1994年就报道

在内皮中ACE和NEP可以抑制BK的生物活性,在内皮中ACE和NEP可以将

BK等多肽物质降解为脱精氨酸的多肽片段,即脱精氨酸BK(des-Arg9-BK),尤其

是ACE在BK等多肽类物质的降解中发挥着特别重要的作用[12]。有越来越多的

证据证实ACE抑制剂在临床上的应用所发挥的作用很大程度上归功于BK降解

减少。

4.2.2 P物质:P物质(SP)是中枢和外周神经系统潜在的神经递质,在皮肤中也

有表达[13]。当皮肤受到化学、物理损伤,紫外线照射等有害刺激时,可以促进P

物质的释放。研究证实SP可上调成纤维细胞表达神经肽,诱导成纤维细胞表达生

长因子及其受体,调控表皮干细胞迁移、分化,促进进入肉芽组织内的表皮干细胞

跨胚层向血管内皮细胞和成纤维细胞分化。

SP作为ACE的重要底物可能是ACE调控皮肤损伤修复的作用模式之一。

进一步研究ACE在创伤修复过程中表达的时空变化,及其与SP之间的相互作用

对于阐明ACE在创伤修复中的作用和机制有重要意义。

4.2.3 Ac-SDKP:Ac-SDKP是1989年首次从胎牛骨髓中提取的一种四肽,广泛

存在于血液和组织中。Ac-SDKP是一种具有抑制造血干细胞分化的强大抑制剂,

同时也具有抗纤维化作用,主要被ACE降解。Ac-SDKP在体内具有抑制纤维母细

胞分化增殖和胶原合成的作用,在正常的条件下Ac-SDKP参与人体内胶原含量的

调节,阻止器官胶原沉积[14]。同时也证实Ang II可以降低Ac-SDKP的基础水平,

增加胶原细胞的含量,这种情况可能是Ac-SDKP的负反馈调节作用所致。因胶原

代谢在皮肤创伤组织的修复中起重要作用,创伤后胶原构成的重组对于正常化皮

肤组织的功能非常重要。因此ACE对Ac-SDKP的降解,可能也是ACE调控皮肤

损伤修复过程的方式之一。

最近人们认识到造血干细胞参与了皮肤损伤修复过程中的上皮化、血管再生

和肉芽组织形成,在组织修复与再生过程中起重要作用。研究表明[15]Ac-SDKP

是一种生理性造血细胞生长抑制因子,作为一种负性调控因子,Ac-SDKP具有抑

制造血干细胞生长的生物学功能,并且对其他细胞有生长抑制作用,ACE也有可

能通过降解Ac-SDKP,调节造血干细胞的生物学功能,从而参与皮肤创伤修复。

4.2.4 内啡肽:内啡肽(endorphin)亦称安多芬或脑内啡,于1975年发现,是一种

由脑下垂体和脊椎动物的丘脑下部所分泌的氨基化合物[16]。研究表明:在体外培

养的皮肤细胞包括角质形成细胞、黑色素细胞、内皮细胞、成纤维细胞和脂肪细

胞中均有内啡肽及其特异性受体的表达[17]。最近我们在大鼠皮肤烧伤模型中发

现:烧伤愈合过程中β-内啡肽和μ型-阿片受体的表达具有一定的时空特性[18],这

种时空表达规律可能造成包括角质形成细胞、成纤维细胞、内皮细胞和炎症细胞

在内的许多细胞表型发生改变,从而参与组织的创伤修复与再生的活动。当创伤

愈合形成瘢痕组织时,特别是在增生性瘢痕和瘢痕疙瘩组织表皮和真皮层中出现

广泛游离的阿片肽类物质,即阿片受体各亚型在人正常皮肤与增生性瘢痕组织中

的表达具有不同的分布特征,它们可能是在造成瘢痕愈合后感觉异常的重要因素

[16]。在皮肤局部组织形成的内啡肽在免疫反应、组织修复、色素代谢等方面发

挥重要作用[19]。它们能够调节皮肤朗格汉斯细胞的功能,能引起皮肤中的肥大细

胞释放组胺,与皮肤瘙痒的形成有关。角质形成细胞分泌的β-内啡肽能够刺激体

外培养的表皮角质细胞伸展、直径变大,促进其生长、迁移、分化及细胞因子的

产生。β-内啡肽在组织修复过程中还有调节炎症反应的作用。

尽管研究表明皮肤是内啡肽和ACE产生的场所以及参与各种病理生理活动

的作用位点,同时内啡肽也是ACE作用的底物,但它们之间的相互作用对皮肤损

伤修复产生的影响仍有待于进一步阐明。

4.2.5 ACE与干细胞的关系:最近一些研究证据提示ACE在干细胞的调节中

发挥着重要的作用。Jokubaitis报道[20]ACE是人类胚胎,胎儿和成人造血组织的

标记物,在调节造血干细胞发育的过程中发挥重要作用。在小鼠的研究中已经证

实抑制ACE的活性可导致造血干细胞的分化降低。

β1-整粘蛋白,K19和P63目前被用作表皮干细胞的标记物,它们的表达大部分

定位于表皮基地层的角质形成细胞,在人类胚胎的表皮干细胞更为常见。我们的

研究已经证实[2]在21周龄的胚胎组织中,用免疫荧光双标记ACE和β1-整粘蛋

白,ACE和K19,ACE和P63均证实ACE的阳性区域和表皮干细胞的β1-整粘蛋

白,K19和P63阳性区域相重叠,因此推测ACE可能是人类表皮干细胞潜在的标记

物[2],在调节表皮干细胞功能和表皮形成中发挥重要作用。ACE调节表皮干细胞

和表皮形成主要是通过有丝分裂实现的,这种情况正好解释了在人类成熟的表皮

组织中ACE仅仅位于基底层,也许与上皮细胞的更新有关。

综上所述:ACE作为终止皮肤神经-内分泌介质作用的关键酶可调控皮肤细

胞的存活、创伤愈合和组织再生。ACE可作为造血干细胞的标志物和表皮干细

胞潜在的标记物,ACE抑制剂可调节干细胞的功能。除Ang I和缓激肽是ACE的

底物外,β-内啡肽、P物质、Ac-SDPK等重要的活性物质也是ACE的底物。这些

发现强烈提示我们:ACE本身直接或通过调节上述活性物质的含量在皮肤损伤修

复、再生过程中发挥作用。因此,积极探讨生理状态下以及创面愈合过程中ACE

与皮肤损伤修复与再生之间的关系,以及可能存在的调控作用与机制,对我们更清

楚的了解内分泌因素在皮肤组织自我更新、损伤修复与再生等过程中所起的作用

具有重要意义。

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